JP7166691B1 - water treatment equipment - Google Patents
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Abstract
【課題】細胞壁を破壊することなくアオコを除去することができるだけでなく、アオコの増殖を効率的に阻害することができ、アオコ毒素やアオコ異臭味物質の生成を防ぐことができる水処理装置を提供する。【解決手段】水処理装置は、陰極111が配置されている陰極室110と陽極121が配置されている陽極室120とを有する電解室10と、陰極室110及び陽極室120へ原水を導入する原水導入部20と、アルカリ性電解水を排出するためのアルカリ性電解水排出部30と、酸性電解水を排出するための酸性電解水排出部40と、陰極室110で生成されるガスを排出するための陰極排気口50と、陽極室120で生成されるガスを排出するための陽極排気口60を備え、陰極111及び陽極121がいずれも中空柱状に形成されている。【選択図】図1A water treatment apparatus capable of not only removing algae without destroying cell walls, but also efficiently inhibiting the growth of algal blooms and preventing the production of algae toxins and offensive odorous substances of algal blooms. offer. A water treatment apparatus includes an electrolytic chamber (10) having a cathode chamber (110) in which a cathode (111) is arranged and an anode chamber (120) in which an anode (121) is arranged, and raw water is introduced into the cathode chamber (110) and the anode chamber (120). A raw water introduction part 20, an alkaline electrolyzed water discharge part 30 for discharging alkaline electrolyzed water, an acidic electrolyzed water discharge part 40 for discharging acidic electrolyzed water, and a gas generated in the cathode chamber 110 for discharging. and an anode exhaust port 60 for discharging gas generated in the anode chamber 120. Both the cathode 111 and the anode 121 are formed in a hollow columnar shape. [Selection drawing] Fig. 1
Description
本願は、水処理装置に関し、特に、貯水池、湖又は河川などのアオコ、アオコ毒素、アオコ異臭味物質を防除する水処理装置に関する。 TECHNICAL FIELD The present application relates to a water treatment device, and more particularly to a water treatment device for controlling water-bloom, water-bloom toxins, and water-bloom off-flavours in reservoirs, lakes or rivers.
現在、水域の富栄養化は、水質に深刻な影響を及ぼす環境問題となっており、水質汚染や生態環境への悪影響をもたらす可能性がある。そのうち、アオコによる水の華(algal bloom)は、水の富栄養化の重要な特徴の一つである。アオコは、シアノバクテリア(Cyanobacteria)とも呼ばれ、人間の健康を危険にさらす一連の毒性の高い天然毒素(アオコ毒素、cyanotoxin)や異臭味物質を生成する可能性がある。貯水池、湖又は河川などで大量のアオコが増殖されて水の華が形成される場合、人間に大きな害を及ぼす。 Currently, eutrophication of water areas is an environmental problem that seriously affects water quality, and may cause water pollution and adverse effects on the ecological environment. Among them, algal bloom by blue-green algae is one of the important features of water eutrophication. Blue-green algae, also called cyanobacteria, can produce a range of highly toxic natural toxins (cyanotoxins) and off-flavor tastants that endanger human health. When large amounts of blue-green algae grow in reservoirs, lakes, rivers, etc. and form water flowers, they cause great harm to humans.
アオコ及びアオコ生産物質を除去する従来技術は、主に、物理的処理技術と化学的処理技術に分けられ、物理的除去技術は、主に、超音波やキャビテーション及びノズルから加圧水を噴射することにより行われ、化学的アオコ除去技術は、主に、化学物質を水に溶解させてアオコと相互作用させることにより行われる。 Conventional techniques for removing algal blooms and algae-producing substances are mainly divided into physical treatment techniques and chemical treatment techniques. Chemical algal bloom removal techniques are primarily carried out by dissolving chemicals in water to interact with algal blooms.
上記従来技術によってアオコを除去する場合、アオコは、細胞壁が破壊されやすいため、アオコの細胞内の毒素(例えば、ミクロシスチン)の流出が生じ、水域に二次汚染をもたらすだけでなく、他の水生動物の死亡も引き起こす。 When removing blue-green algae by the above-mentioned conventional techniques, the cell walls of blue-green algae are easily destroyed, causing the outflow of toxins (e.g., microcystin) in the cells of the blue-green algae, which not only causes secondary pollution in water areas, but also causes other problems. It also causes mortality of aquatic animals.
なお、多くの藻類は、光合成の炭素源として二酸化炭素(CO2)を使用する。アオコは、二酸化炭素以外にも、重炭酸イオン(HCO3-)も使用することができる。貯水池、湖又は河川などの表層でアオコが異常増殖すると、pHが上昇し、二酸化炭素が重炭酸イオン又は炭酸イオン(CO3 2-)になり、アオコ以外の藻類は、炭素栄養素として二酸化炭素を使用することができないため、アオコ以外の藻類の増殖が妨げられる。また、アオコの競合藻類の増殖が阻害されるため、アオコのみが優勢に増殖する。 It should be noted that many algae use carbon dioxide ( CO2 ) as a carbon source for photosynthesis. Besides carbon dioxide, blue-green algae can also use bicarbonate ions (HCO 3− ). When algal blooms overgrow on the surface of reservoirs, lakes or rivers, the pH rises and carbon dioxide becomes bicarbonate ions or carbonate ions (CO 3 2- ), and algae other than algal blooms use carbon dioxide as a carbon nutrient. Since it cannot be used, the growth of algae other than blue-green algae is hindered. Also, since the growth of algae competing with algae is inhibited, only algal blooms grow predominantly.
下記式1は、水中での二酸化炭素の反応を示す。
酸性イオン水によるpH値の低下により上記の式1を左にシフトさせて、二酸化炭素ガスの比率を上げると、アオコの競合藻類である緑藻類、珪藻類及びその他の光合成藻類の増殖を促進することができ、さらにアオコの優先的な増殖を防止することもできる。 By shifting the above equation 1 to the left by lowering the pH value with acidic ionized water and increasing the ratio of carbon dioxide gas, the growth of green algae, diatoms, and other photosynthetic algae that compete with blue-green algae is promoted. It is possible to prevent the preferential growth of blue-green algae.
さらに、アオコ生成の原因となる水底層の貧酸素化を改善することができれば、アオコの成長を抑制することが可能になる。 Furthermore, if the deoxygenation of the water bottom layer, which causes the formation of algae, can be improved, it will be possible to suppress the growth of algal blooms.
本願は、上記課題に鑑みて行われたものであり、細胞壁を破壊することなくアオコを除去することができるだけでなく、アオコの増殖を効率的に阻害することができ、アオコ毒素やアオコ異臭味物質の生成を防ぐことができる水処理装置を提供することを目的とする。 The present application has been made in view of the above problems, and is capable of not only removing the blue-green algae without destroying the cell wall, but also efficiently inhibiting the growth of the blue-green algae. An object of the present invention is to provide a water treatment device that can prevent the generation of substances.
本願は水処理装置を提供し、前記水処理装置は、陰極が配置されている陰極室と陽極が配置されている陽極室とを有する電解室と、前記陰極室及び前記陽極室にそれぞれ接続され、前記陰極室及び前記陽極室へ原水を導入する原水導入部と、前記陰極室に接続され、アルカリ性電解水を排出するためのアルカリ性電解水排出部と、前記陽極室に接続され、酸性電解水を排出するための酸性電解水排出部と、前記陰極室の上方に配置され、前記陰極室で生成されるガスを排出するための陰極排気口と、前記陽極室の上方に配置され、前記陽極室で生成されるガスを排出するための陽極排気口と、を備え、前記陰極及び前記陽極は、いずれも中空柱状に形成されている。 The present application provides a water treatment apparatus, said water treatment apparatus comprising an electrolytic chamber having a cathode chamber in which a cathode is arranged and an anode chamber in which an anode is arranged, and connected to said cathode chamber and said anode chamber respectively. a raw water introduction unit for introducing raw water into the cathode chamber and the anode chamber; an alkaline electrolyzed water discharge unit connected to the cathode chamber for discharging the alkaline electrolyzed water; and an acidic electrolyzed water connected to the anode chamber. a cathode exhaust port disposed above the cathode chamber for discharging the gas generated in the cathode chamber; a cathode exhaust port disposed above the anode chamber for discharging the anode and an anode exhaust port for exhausting gas generated in the chamber, wherein both the cathode and the anode are formed in the shape of a hollow column.
選択的に、前記陰極及び前記陽極の断面形状は、円形、楕円形又は多角形である。 Optionally, the cross-sectional shape of said cathode and said anode is circular, elliptical or polygonal.
選択的に、前記陰極及び前記陽極は、それぞれ、表面に導電性材料が塗布されている多層構造、又は、導電性材料からなる単層構造であり、前記導電性材料は、グラファイト、超伝導カーボン、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンドット、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンナノファイバー、チタン、亜鉛、スズ、リチウム、銀、パラジウム、白金、金のうちの少なくとも一つである。 Alternatively, the cathode and the anode each have a multi-layer structure with a surface coated with a conductive material, or a single-layer structure made of a conductive material, and the conductive material is graphite, superconducting carbon. , acetylene black, carbon black, ketjen black, carbon dots, carbon nanotubes, graphene, carbon nanofibers, titanium, zinc, tin, lithium, silver, palladium, platinum, and gold.
選択的に、前記原水は、アオコ、アオコ毒素、アオコ異臭味物質のうちの少なくとも一つを含む液体である。 Optionally, the raw water is a liquid containing at least one of blue-green algae, blue-green algae toxins, and blue-green algae malodorous tastants.
上記水処理装置を用いると、原水中の電解質成分を電気分解させて、酸性電解水及びアルカリ性電解水を生成することができる。生成された酸性電解水は、貯水池、湖又は河川などの表層のアオコに直接排出されて、細胞壁を破壊することなくアオコを殺滅することができ、アオコの成長を効率的に抑制することができ、さらにアオコ毒素やアオコ異臭味物質の生成を抑制することもできる。また、上記水処理装置は、さらに、水分子を水素ガスと酸素ガスに分解させ、水素ガスは、燃料電池などの燃料として回収利用され、酸素ガスは、還元的環境下でリン酸などがイオン化しアオコに栄養を供給する原因となる底層貧酸素水域への曝気空気中に混入されることで、従来の曝気技術と比較して、効率的な酸素供給を可能とする。 By using the above water treatment apparatus, electrolytic components in raw water can be electrolyzed to produce acidic electrolyzed water and alkaline electrolyzed water. The produced acidic electrolyzed water can be discharged directly to the surface layer of algae such as reservoirs, lakes or rivers to kill algal blooms without destroying the cell walls and effectively inhibit the growth of algal blooms. Furthermore, it is possible to suppress the production of blue-green algae toxins and water-bloom offensive tastants. In addition, the water treatment apparatus further decomposes water molecules into hydrogen gas and oxygen gas, the hydrogen gas is recovered and used as fuel for fuel cells and the like, and the oxygen gas is ionized with phosphoric acid in a reducing environment. However, by being mixed in the aeration air to the bottom oxygen-depleted water area, which is the cause of supplying nutrients to the blue-green algae, it enables efficient oxygen supply compared to conventional aeration techniques.
選択的に、上記水処理装置は、前記陰極室に配置され、中空柱状の前記陰極を囲むように形成されている陰極導水板と、前記陽極室に配置され、中空柱状の前記陽極を囲むように形成されている陽極導水板と、をさらに含み、前記陰極室内の液体は、前記陰極導水板に沿って上下に回流し、前記陽極室内の液体は、前記陽極導水板に沿って上下に回流する。 Alternatively, the water treatment device includes a cathode water guide plate disposed in the cathode chamber and formed to surround the hollow columnar cathode; and a cathode water guide plate disposed in the anode chamber to surround the hollow columnar anode. and an anode water guide plate formed on a wall, wherein the liquid in the cathode chamber circulates up and down along the cathode water guide plate, and the liquid in the anode chamber circulates up and down along the anode water guide plate. do.
選択的に、前記陰極導水板は、前記陰極と形状が一致し、前記陽極導水板は、前記陽極と形状が一致する。 Optionally, the cathode water guide plate conforms to the cathode, and the anode water guide plate conforms to the anode.
上記水処理装置の導水板を用いて陰極室又は陽極室内で上下方向の回流を形成させて、さらに陰極室又は陽極室内の電解質成分及び水分子を充分に電気分解させ、陰極又は陽極の近くで生成されたガスを陰極室又は陽極室の上方へより効率的に導くことができる。 By using the water guide plate of the water treatment device, a vertical circulating flow is formed in the cathode chamber or the anode chamber, and the electrolyte components and water molecules in the cathode chamber or the anode chamber are sufficiently electrolyzed, and near the cathode or the anode. The generated gas can be directed more efficiently up the cathode chamber or the anode chamber.
選択的に、上記水処理装置は、前記陰極室における前記陰極の上端と前記陰極排気口との間に配置され、前記陰極排気口へ流れる気液を遮断し液体及びガスに分離させる陰極気液分離板と、前記陽極室における前記陽極の上端と前記陽極排気口との間に配置され、前記陽極排気口へ流れる気液を遮断し液体及びガスに分離させる陽極気液分離板と、をさらに備える。 Optionally, the water treatment device is disposed between the upper end of the cathode and the cathode exhaust port in the cathode chamber to block the gas-liquid flow to the cathode exhaust port and separate the liquid and the gas into cathodic gas-liquid. and an anode gas-liquid separation plate disposed between the upper end of the anode and the anode exhaust port in the anode chamber for blocking gas-liquid flowing to the anode exhaust port and separating the gas and liquid into liquid and gas. Prepare.
選択的に、前記陰極気液分離板は、前記陰極導水板の上端と前記陰極排気口との間に配置され、その鉛直投影が前記陰極導水板の鉛直投影範囲を覆うように形成され、前記陽極気液分離板は、前記陽極導水板の上端と前記陽極排気口との間に配置され、その鉛直投影が前記陽極導水板の鉛直投影範囲を覆うように形成されている。 Optionally, the cathode gas-liquid separation plate is disposed between the upper end of the cathode water guide plate and the cathode exhaust port, and its vertical projection is formed to cover the vertical projection range of the cathode water guide plate, The anode gas-liquid separation plate is arranged between the upper end of the anode water guide plate and the anode exhaust port, and is formed so that its vertical projection covers the vertical projection range of the anode water guide plate.
選択的に、前記陰極気液分離板と前記陽極気液分離板は、別体型又は互いに連結された一体型である。 Optionally, the cathodic gas-liquid separator and the anodic gas-liquid separator are separate or integrally connected.
上記水処理装置の気液分離板は、導水板とともに上下方向の回流を形成するだけでなく、気液分離を効率的に行うこともでき、陰極室又は陽極室でそれぞれ生成されたガスを効率的に回収することもできる。 The gas-liquid separation plate of the water treatment apparatus not only forms a vertical circulating flow together with the water guide plate, but also efficiently separates the gas and liquid, and efficiently separates the gas generated in the cathode chamber or the anode chamber. can also be recovered.
選択的に、上記水処理装置において、前記電解室における前記陰極室と陽極室との間に、前記陰極室と前記陽極室との間でのイオンの移動を可能とするセパレータが配置されている。 Optionally, in the water treatment apparatus, a separator is positioned between the cathode and anode compartments in the electrolysis compartment to allow ion migration between the cathode and anode compartments. .
上記セパレータは、陰極室及び陽極室内でそれぞれ個別の回流システムを形成することができる。これにより、陰極室及び陽極室内で電解分解によってより多くのアルカリ性及び酸性電解水を生成するだけでなく、陰極の近くで生成された水素ガス及び陽極の近くで生成された酸素ガスをより良好に回収することもできる。 The separator can form separate circulation systems in the cathode and anode chambers, respectively. This not only produces more alkaline and acidic electrolyzed water by electrolysis in the cathode and anode chambers, but also improves the hydrogen gas produced near the cathode and the oxygen gas produced near the anode. It can also be collected.
以下,図面を参照して、本願の実施形態を説明する。なお、以下の説明において、本実施形態に係る水処理装置は、例として、貯水池、湖又は河川などに用いられるが、本願はこれらに限定されず、例えば、沼地、海水、汽水(半海水とも呼ばれる)、汚水などのさまざまな種類の水に適用することができる。また、本願は、以下の実施形態に限定されない。 Hereinafter, embodiments of the present application will be described with reference to the drawings. In the following description, the water treatment apparatus according to the present embodiment is used in reservoirs, lakes, rivers, etc. as examples, but the present application is not limited to these. called), and can be applied to different types of water, such as sewage. Moreover, the present application is not limited to the following embodiments.
[第1実施形態]
以下、図1及び図2を参照して、本願の第1実施形態を説明する。図1は、本願の第1実施形態に係る水処理装置の構造概略図である。
[First embodiment]
A first embodiment of the present application will be described below with reference to FIGS. 1 and 2. FIG. FIG. 1 is a structural schematic diagram of a water treatment device according to a first embodiment of the present application.
図1に示すように、第1実施形態に係る水処理装置は、電解室10、原水導入部20、アルカリ性電解水排出部30、酸性電解水排出部40、陰極排気口50及び陽極排気口60を備える。電解室10は、陰極室110及び陽極室120を有し、陰極室110には陰極111が配置され、陽極室120には陽極121が配置されている。
As shown in FIG. 1, the water treatment apparatus according to the first embodiment includes an
原水導入部20は、一端がポンプなどを介して外部に接続されて、外部から電解室10へ原水を導入し、他端が分岐構造を介して陰極室110及び陽極室120にそれぞれ接続されて、原水を陰極室110及び陽極室120へそれぞれ導入する。原水導入部20は、電解室10の壁部の任意の位置に配置されてもよく、外部の原水を陰極室110及び陽極室120へ導入すればよい。一例として、原水導入部20は、電解室10の下方に配置されてもよい。このとき、原水は、電解室10内で上下方向に流れることができ、陰極と陽極との間に容易に流れることができるため、原水に含まれる電解質を効率的に電気分解させることができる。これにより、原水から酸性電解水及びアルカリ性電解水を得ることができる。
One end of the raw
アルカリ性電解水排出部30は、一端が陰極室110に接続され、他端が導管などの排水装置に接続されている。ユーザは、アルカリ性電解水排出部30を用いて、アルカリ性電解水を表層水域の下方の低層水域に排出して、貯水池、湖又は河川などの底部領域におけるリン酸イオンが溶出され易い低いpH値を中和させ、これによりpH値を中性付近、例えば6~7に上げることができ、リン酸を固定化するカチオンを提供することができるため、リン酸塩の溶出を抑制し、ミクロキスティス属の浮遊生物体の増殖を防止して、水浄化の目的を達成することができる。
One end of the alkaline electrolyzed
酸性電解水排出部40は、一端が陽極室120に接続され、他端が導管などの排水装置に接続されている。ユーザは、酸性電解水排出部40を用いて、アオコが成長し易い貯水池、湖又は河川などの表層に酸性電解水を排出して、アオコを殺滅することができる。また、酸性電解水によるpH値の低下により上記式1を左にシフトさせて、二酸化炭素ガスの比率を上げると、アオコの競合藻類である緑藻類、珪藻類及びその他の光合成藻類の増殖を促進することができ、アオコの優先的な増殖を防ぐこともでき,さらにアオコ毒素やアオコ異臭味物質の生成を防止することもできる。
One end of the acidic electrolyzed
本実施形態において、陰極111及び陽極121は、いずれも中空柱状に形成され、その断面形状は、円形、楕円形又は多角形であり、好ましくは、前記多角形は、円形又は正多角形である。陰極111及び陽極121は、一体的に形成された電極であってもよく、複数の電極シートで構成された電極シート群であってもよい。陰極111及び陽極121の断面形状は、同じであっても異なってもよい。陰極111及び陽極121の高さは、同じであっても異なってもよい。陰極111及び陽極121の材料は、同じであっても異なってもよい。
In this embodiment, both the
図2は、陰極111及び陽極121がいずれも四つの電極シートで構成される一例を示す。陰極111及び陽極121がいずれも中空柱状を用いるため、陰極室110内で水分子から水素ガスを生成し易く、陽極室120内で水分子から酸素ガスを生成し易い。
FIG. 2 shows an example in which both the
陰極室110で生成された水素ガスは上方に移動して、陰極室110の上方に配置された陰極排気口50から外部へ排出される。この水素ガスは、燃料電池などの燃料として回収利用することができる。
The hydrogen gas produced in the
陽極室120で生成された酸素ガスは上方に移動して、陽極室120の上方に配置された陽極排気口60から外部へ排出される。具体的に、この酸素ガスは、還元的環境下でリン酸などがイオン化しアオコに栄養を供給する原因となる底層貧酸素水域への曝気空気中に混入されることで、従来の曝気技術と比較して、効率的な酸素供給を可能として、アオコの成長をより良好に抑制し、さらにアオコ毒素やアオコ異臭味物質の生成を抑制することもできる。
The oxygen gas produced in the
[第2実施形態]
次に、図3及び図4を参照して、本願の第2実施形態を説明する。第2実施形態に係る水処理装置の構造において、第1実施形態に係る水処理装置の構造と同一構造に対する説明は省略する。
[Second embodiment]
Next, a second embodiment of the present application will be described with reference to FIGS. 3 and 4. FIG. In the structure of the water treatment apparatus according to the second embodiment, the description of the same structure as the structure of the water treatment apparatus according to the first embodiment will be omitted.
図3は、本願の第2実施形態に係る水処理装置の構造概略図である。第2実施形態に係る水処理装置と第1実施形態に係る水処理装置との相違とは、陰極導水板112及び陽極導水板122をさらに含み得ることである。
FIG. 3 is a structural schematic diagram of a water treatment device according to a second embodiment of the present application. The difference between the water treatment apparatus according to the second embodiment and the water treatment apparatus according to the first embodiment is that a cathode
図3に示すように、陰極導水板112は、陰極室110に配置され、中空柱状的陰極111を囲むように形成され、陽極導水板122は、陽極室120に配置され、中空柱状的陽極121を囲むように形成されている。
As shown in FIG. 3 , the cathode
陰極室110において、液体は、陰極導水板112に沿って上下に回流することができ、具体的に、陰極導水板112内で液体を下から上へ導き、陰極導水板112の上方に導いた後、陰極導水板112外で、上から下へ流れる。このような回流により、より多くの電解質が陰極111と陽極121との間を流れるため、電解質をより充分に分解することができる。また、陰極導水板112が陰極111外に配置され、且つ陰極導水板112内の液体を下から上へ流動させるため、陰極111の近くで生成された水素ガスを陰極室110の上方により効率的に移動させることができ、陰極室110で生成された水素ガスを効率的に回収することがより容易である。
In the
同様に、在陽極室120において、液体は、陽極導水板122に沿って上下に回流することができ、具体的に、陽極導水板122内で液体を下から上へ導き、陽極導水板122の上方に導いた後、陽極導水板122外で、上から下へ流れる。このような回流により、より多くの電解質が陰極111と陽極121との間を流れるため、電解質をより充分に分解することができる。また、陽極導水板122が陽極121外に配置され、且つ陽極導水板122内の液体を下から上へ流動させるため、陽極121の近くで生成された酸素ガスを陽極室120の上方により効率的に移動させることができ、陽極室120で生成された酸素ガスを効率的に回収することがより容易である。
Similarly, in the
陰極導水板112及び陽極導水板122の断面形状は、任意の形状であってもよいし、同じであっても異なっていてもよい。好ましくは、陰極導水板112の断面形状は、陰極111の断面形状と一致し、陽極導水板122の断面形状は、陽極112の断面形状と一致する。図4は、陰極導水板112及び陽極導水板122の断面形状がそれぞれ陰極111及び陽極112の断面形状と一致する一例を示す。
The cross-sectional shapes of the cathode
陰極導水板112と陽極導水板122の高さは、同じであっても異なっていてもよい。陰極導水板112と陰極111の高さは、同じであっても異なっていてもよいが、好ましくは、陰極導水板112と陰極111の高さが実質的に同じである。陽極導水板122と陽極121の高さは、同じであっても異なっていてもよいが、好ましくは、陽極導水板122と陽極121の高さが実質的に同じである。
The heights of the cathode
好ましくは、陰極導水板112は、陰極111と形状が一致し、陽極導水板122は、陽極121と形状が一致する。このような構造により、陰極111内の液体を含む陰極導水板112内の液体の回流をより良好に行うことができ、陽極121内の液体を含む陽極導水板122内の液体の回流をより良好に行うことができるため、電解質をより効率的に分解させることができ、生成されたガスをそれぞれ陰極室110及び陽極室120の上方に流動させることができる。
Preferably, the cathode
[第3実施形態]
次に、図5を参照して、本願の第3実施形態を説明する。第3実施形態に係る水処理装置の構造において、第2実施形態に係る水処理装置的構造と同一構造に対する説明は省略する。
[Third embodiment]
Next, a third embodiment of the present application will be described with reference to FIG. In the structure of the water treatment apparatus according to the third embodiment, the description of the same structure as that of the water treatment apparatus according to the second embodiment will be omitted.
図5は、本願の第3実施形態に係る水処理装置の構造概略図である。第3実施形態に係る水処理装置と第2実施形態に係る水処理装置との相違とは、陰極気液分離板113及び陽極気液分離板123をさらに含み得ることである
FIG. 5 is a structural schematic diagram of a water treatment device according to a third embodiment of the present application. The difference between the water treatment apparatus according to the third embodiment and the water treatment apparatus according to the second embodiment is that the cathode gas-
図5に示すように、陰極気液分離板113は、陰極室110における陰極111の上端と陰極排気口50との間に位置し、陰極排気口50へ流れる気液を遮断し、気液を液体及びガスに分離させることができる。陽極気液分離板123は、陽極室120における陽極121の上端と陽極排気口60との間に位置し、陽極排気口60へ流れる気液を遮断し、気液を液体及びガスに分離させることができる。
As shown in FIG. 5, the cathode gas-
本実施形態において、陰極気液分離板113及び陽極気液分離板123の形状は特に限定されず、任意の形状であってもよいが、好ましくは、陰極気液分離板113は、陰極導水板112の上端と陰極排気口50との間に位置し、その鉛直投影が陰極導水板112の鉛直投影範囲を覆うように形成され、陽極気液分離板123は、陽極導水板122の上端と陽極排気口60との間に位置し、その鉛直投影が陽極導水板122の鉛直投影範囲を覆うように形成されている。
In the present embodiment, the shapes of the cathode gas-
陰極室110において、陰極111内の液体を含む陰極導水板112内の液体は、陰極導水板112に沿って下から上へ流動し、陰極気液分離板113で周囲に移流・拡散され、陰極室110の壁部に沿って上から下へ流動し、これにより回流をより良好に形成することができる。一方では、このような回流により、より多くの電解質が陰極111と陽極121との間に導かれるため、分解によってより多くのアルカリ性電解水を生成して、貯水池、湖又は河川などの底部領域におけるリン酸イオンが溶出され易い低いpH値を中和させ、これによりpH値を中性付近に上げることができ、リン酸塩の溶出を抑制し、ミクロキスティス属の浮遊生物体(例えば、アオコ)の増殖を防止して、水浄化の目的を達成することができる。他方では、このような回流により、陰極111の近くで生成された水素ガスが陰極気液分離板113の近くにより良好に導かれ、陰極気液分離板113の壁部に沿って陰極排気口50に移動し、陰極排気口50によって外部へ排出されて、燃料電池などの燃料として回収利用することができる。
In the
同様に、陽極室120において、陽極121内の液体を含む陽極導水板122内の液体は、陽極導水板122に沿って下から上へ流動し、陽極気液分離板123で周囲に拡散され、陽極室120の壁部に沿って上から下へ流動し、これにより回流をより良好に形成することができる。一方では、このような回流により、より多くの電解質が陰極111と陽極121との間に導かれるため、分解によってより多くの酸性電解水を生成して、アオコを殺滅し、また、酸性電解水によるpH値の低下によって二酸化炭素ガスの比率を上げることができるため、アオコの競合藻類である緑藻類、珪藻類及びその他の光合成藻類の増殖を促進することができ、アオコの優先的な増殖を防ぐこともでき,さらにアオコ毒素やアオコ異臭味物質の生成を防止することもできる。他方では、このような回流により、陽極121の近くで生成された酸素ガスが陽極気液分離板123の近くにより良好に導かれ、陽極気液分離板123の壁部に沿って陽極排気口60に移動し、陽極排気口60によって外部へ排出され、具体的に、このような酸素ガスは、還元的環境下でリン酸などがイオン化しアオコに栄養を供給する原因となる底層貧酸素水域への曝気空気中に混入されることで、アオコの成長をより良好に抑制し、さらにアオコ毒素やアオコ異臭味物質の生成を抑制することもできる。
Similarly, in the
陰極気液分離板113と陽極気液分離板123は、別体型又は互いに連結された一体型であってもよく、必要に応じて設計することができる。
The cathode gas-
[第4実施形態]
次に、図6を参照して、本願の第4実施形態を説明する。第4実施形態に係る水処理装置の構造において、第3実施形態に係る水処理装置的構造と同一構造に対する説明は省略する。
[Fourth Embodiment]
Next, a fourth embodiment of the present application will be described with reference to FIG. In the structure of the water treatment apparatus according to the fourth embodiment, the description of the same structure as that of the water treatment apparatus according to the third embodiment will be omitted.
図6は、本願の第4実施形態に係る水処理装置の構造概略図である。第4実施形態に係る水処理装置と第3実施形態に係る水処理装置との相違とは、陰極室110と陽極室120との間にセパレータ130を有することである。
FIG. 6 is a structural schematic diagram of a water treatment device according to a fourth embodiment of the present application. A difference between the water treatment apparatus according to the fourth embodiment and the water treatment apparatus according to the third embodiment is that the
本願において、電解室10における陰極室110と陽極室120は、接続されてもよいし、接続されていなくてもよい。図6は、電解室10における陰極室110と陽極室120との間にセパレータ130が設けられる一例を示す。当該セパレータ130は、陰極室110と陽極室120との間で、イオンを交換することができる。なお、当該セパレータ130は、陰極室110と陽極室120との間で、水分子ではなくイオンのみを交換してもよい。また、当該セパレータ130は、陰極室110と陽極室120との間で、イオンを交換するだけでなく、水分子も交換する透水膜であってもよい。
In the present application, the
このような構造により、陰極室110及び陽極室120において個別の回流システムを形成することができる。これにより、一方では、陰極室110内で電解によってより多くのアルカリ性電解水を生成して、貯水池、湖又は河川などの底部領域におけるリン酸イオンが溶出され易い低いpH値を中和させることができ、他方では、陰極111の近くで生成された水素ガスをより良好に回収することができる。同様に、一方では、陽極室120内で電解によってより多くの酸性電解水を生成して、アオコを殺滅することができ、他方では、陽極121の近くで生成された酸素ガスをより良好に回収することができる。
Such a structure allows separate circulation systems to be formed in the
本願の効果をよりよく説明するために、本願の発明者らは、本願の第4実施形態に係る水処理装置を用いて中国温州市汚濁河川の浄化を行った。 In order to better explain the effects of the present application, the inventors of the present application used the water treatment apparatus according to the fourth embodiment of the present application to purify polluted rivers in Wenzhou, China.
まず、500mLビーカーに,温州市汚濁河川の水を入れ,ビーカー内に装置を設置した。装置はZhaoxin社製 KPS-3005Dの荷電装置を用い3cm四角のチタン電極を両極とし,電極間の距離を5cmに設定し電極中間部に2mm厚の繊維状膜で陽極側、陰極側の処理水区に区分した。過電圧は20V,0.14Aの条件で処理を行った。 First, a 500 mL beaker was filled with water from the polluted river in Wenzhou, and the apparatus was installed in the beaker. The equipment used was a Zhaoxin KPS-3005D charging device, with 3 cm square titanium electrodes as both electrodes, a distance between the electrodes set at 5 cm, and a 2 mm thick fibrous membrane in the middle of the electrodes. divided into wards. The overvoltage was 20 V and 0.14 A.
次に、25℃で、本実験で生成された酸素ガスを曝気空気に混入し、上記実験で生成された酸素ガスの混入前後の試験結果を測定した。本実験において、曝気量が1L/min、水量が10Lである。表1は、曝気0min、5min、10min後の水中酸素含有量を示し、ここで、単位は、mg/Lである。 Next, at 25° C., the oxygen gas produced in this experiment was mixed into the aerated air, and the test results before and after mixing the oxygen gas produced in the above experiment were measured. In this experiment, the aeration rate is 1 L/min and the water rate is 10 L. Table 1 shows the oxygen content in water after 0 min, 5 min and 10 min of aeration, where the unit is mg/L.
本願技術のアオコ抑制効果を実証するために、アオコ、緑藻、珪藻混合10L水に対し、本願で生成した酸性イオン水を1mL/分の流量で、水面に30分間添加した。添加は毎日1回実施した。5日後の各藻類の割合を比較した。このとき、アオコ、緑藻、珪藻の培養条件はいずれも3000Lux 24hr、20℃である。表2は、その試験結果を示す。 In order to demonstrate the water-bloom suppressing effect of the technology of the present application, the acidic ionized water produced in the present application was added to the surface of the water at a flow rate of 1 mL/min for 30 minutes to 10 L of mixed water containing algae, green algae, and diatoms. Additions were made once daily. The ratio of each alga after 5 days was compared. At this time, the culture conditions for the blue-green algae, green algae, and diatoms were all 3000 Lux, 24 hours, and 20°C. Table 2 shows the test results.
上記表1及び表2から分かるように、本願に係る水処理装置は、原水中の電解質成分を効率よく電気分解して酸性電解水及びアルカリ性電解水を生成することができ、生成された酸性電解水は、細胞壁を破壊せずにアオコを殺滅することができるだけでなく、アオコの成長を効率的に抑制することもできる。また、上記水処理装置は、水分子を水素ガスと酸素ガスに分解させることができ、水素ガスは、燃料として回収利用することができ、酸素ガスは、還元的環境下でリン酸などがイオン化しアオコに栄養を供給する原因となる底層貧酸素水域への曝気空気中に混入されることで、従来の曝気技術と比較して、効率的な酸素供給を可能とし、アオコの成長をより良好に抑制することができる。 As can be seen from Tables 1 and 2 above, the water treatment apparatus according to the present application can efficiently electrolyze the electrolyte components in the raw water to generate acidic electrolyzed water and alkaline electrolyzed water. Water can not only kill algal blooms without breaking the cell wall, but also effectively inhibit the growth of algal blooms. In addition, the water treatment apparatus can decompose water molecules into hydrogen gas and oxygen gas, the hydrogen gas can be recovered and used as fuel, and the oxygen gas can ionize phosphoric acid in a reducing environment. However, by being mixed in the aeration air to the bottom oxygen-depleted water area, which is the cause of supplying nutrients to the algae, it is possible to supply oxygen more efficiently than the conventional aeration technology, and the growth of the algae is better. can be suppressed to
[第5実施形態]
図7は、本願の第5実施形態に係る水処理装置の構造概略図を示す。なお、第5実施形態は、第3実施形態に比べて、水処理装置が、陰極側圧力計51、陰極側ガス吸引ポンプ52、陽極側圧力計61、及び陽極側ガス吸引ポンプ62をさらに備える点で異なる。
[Fifth embodiment]
FIG. 7 shows a structural schematic diagram of a water treatment device according to a fifth embodiment of the present application. In addition, in the fifth embodiment, the water treatment apparatus further includes a cathode
陰極側圧力計51は、陰極室110の上部に配置され、陰極側ガス吸引ポンプ52は、陰極排気口50に配置されている。陰極側圧力計51は、陰極室内のガス圧力と当該陰極室外の大気圧力の差を感知するために用いられる。陰極側圧力計51により測定した結果、陰極室内のガス圧力と当該陰極室外の大気圧力の差がゼロを超える場合、陰極側ガス吸引ポンプ52は、陰極室内のガスを当該陰極室外へ吸引する。これにより、陰極室内のガス圧力を大気圧と同等に調整することができるため、水中への再溶解を防ぎ、効率的にガスを回収することができる。
The cathode-
陽極側圧力計61は、陽極室120の上部に配置され、陽極側ガス吸引ポンプ62は、陽極排気口60に配置されている。陽極側圧力計61は、陰極室内のガス圧力と当該陰極室外の大気圧力の差を感知するために用いられる。陽極側圧力計61により測定した結果、陽極室内のガス圧力と当該陽極室外の大気圧力の差がゼロを超える場合、陽極側ガス吸引ポンプ62は、陽極室内のガスを当該陽極室外へ吸引する。これにより、陽極室内のガス圧力を大気圧と同等に調整することができるため、水中への再溶解を防ぎ、効率的にガスを回収することができる。
The anode-
上記第1乃至第5実施形態において、陰極111及び陽極121は、それぞれ、表面に導電性材料が塗布されている多層構造であってもよい。多層構造である場合、表面に導電性材料で被覆すればよく、表面以外の他の層は、特に限定されず、本分野で一般的に用いられる任意の材料で構成されてもよい。また、陰極111及び陽極121は、それぞれ、導電性材料からなる単層構造であってもよい。さらに、陰極111及び陽極121は、そのうちの一つが多層構造で、他の一つが単層構造であってもよい。なお、導電性材料は、グラファイト、超伝導カーボン、アセチレンブラック、カーボンブラック、ケッチェンブラック、カーボンドット、カーボンナノチューブ、グラフェン、カーボンナノファイバー、チタン、亜鉛、スズ、リチウム、銀、パラジウム、白金、金から選択される少なくとも1種類であってもよい。
In the first to fifth embodiments, each of the
また、上記第1乃至第5実施形態において、陰極室110及び陽極室120のうちの少なくとも一つにpH値感知センサを設けることもできる。陰極室110及び/又は陽極室120のアルカリ性及び/又は酸性のpH値の閾値を事前設定してもよく、陰極室110及び/又は陽極室120のpH値が閾値を超える場合、電解水を外部に排出することができる。
Also, in the first to fifth embodiments, at least one of the
さらに、上記第1乃至第5実施形態において、陰極室110及び陽極室120のうちの少なくとも一つに水位感知センサを設けることもできる。なお、水位感知センサを設けることにより、陰極室110及び/又は陽極室120の水位を監視することができるだけでなく、陰極室110及び/又は陽極室120内の液体が陰極気液分離板113及び/又は陽極気液分離板123の上方に流入して気液分離板の効果に影響を与えるか否かを監視することもできる。
Furthermore, in the first to fifth embodiments, at least one of the
なお、本願の上記説明において、一つの電解室が一つの陰極室及び一つの陽極室を有することを例として説明したが、一つの電解室は、複数の陰極室及び一つの陽極室を有してもよいし、一つの陰極室及び複数の陽極室を有してもよいし、複数の陰極室及び複数の陽極室を有してもよい。 In the above description of the present application, one electrolytic chamber has one cathode chamber and one anode chamber. may have one cathode chamber and a plurality of anode chambers, or may have a plurality of cathode chambers and a plurality of anode chambers.
また、本願の説明において、一つの電解室を例として説明したが、複数の電解室を並列、直列、並列と直列の混合配列で接続して、電解質成分及び水分子の電気分解をさらに効率的に行うこともできる。 In addition, in the description of the present application, one electrolyzing chamber has been described as an example, but a plurality of electrolyzing chambers can be connected in parallel, in series, or in a mixed arrangement of parallel and series to further efficiently electrolyze electrolyte components and water molecules. You can also go to
本願の説明において、「真中」、「中央」、「上」、「下」、「前」、「後」、「上下」、「左」、「右」、「内」、「外」などの方向又は位置関係を示す用語は、図面に示す方向又は位置関係を基にするものであり、言及される装置又は構成要素が必ず特定の方向を有し、特定の構造で構成し操作されると示したり暗示したりするのではなく、本願を明瞭に説明するためのものであるため、本願に対する制限として理解してはいけない。 In the description of this application, terms such as "middle", "middle", "top", "bottom", "front", "back", "top and bottom", "left", "right", "inside", "outside", etc. Directional or positional terms are based on the direction or position shown in the drawings, and the device or component referred to necessarily has a particular orientation and is configured and operated in a particular manner. It is not meant to be implied or implied, but is intended to clarify the application and should not be construed as a limitation on the application.
本願の説明において、特に明記しない限り、「装着」、「連結」、「接続」という用語は、広義に理解すべきであり、例えば、固定接続又は取り外し可能な接続又は一体的な接続であってもよいし、機械的接続又は電気的接続であってもよいし、直接接続又は中間媒体による接続又は二つの構成要素間の内部接続であってもよい。当業者は、特定の状況に応じて、本願での上記用語の特定の意味を理解することができる。 In the description of the present application, unless otherwise specified, the terms "attachment", "coupling" and "connection" should be understood broadly, e.g. It may be a mechanical or electrical connection, a direct connection or a connection through an intermediate medium, or an internal connection between two components. A person skilled in the art can understand the specific meaning of the above terms in this application depending on the specific situation.
また、本願は、上記実施形態に限定されるものではなく、本願の要旨から脱しない範囲内で適切な変更を行うことができる。上記の各実施形態は、実質的に同じ態様を含み、適切に組み合わせることができる。本願の実施形態に基づいて、創造的な努力なしに当業者によって得られる他のすべての実施形態は、本願の保護範囲に含まれる。 In addition, the present application is not limited to the above-described embodiments, and appropriate modifications can be made within the scope of the gist of the present application. Each of the above embodiments includes substantially the same aspects and can be combined as appropriate. All other embodiments obtained by persons skilled in the art based on the embodiments of the present application without creative efforts shall fall within the protection scope of the present application.
Claims (7)
前記陰極室及び前記陽極室にそれぞれ接続され、前記陰極室及び前記陽極室へ原水を導入する原水導入部と、
前記陰極室に接続され、アルカリ性電解水を排出するためのアルカリ性電解水排出部と、
前記陽極室に接続され、酸性電解水を排出するための酸性電解水排出部と、
前記陰極室の上方に配置され、前記陰極室で生成されるガスを排出するための陰極排気口と、
前記陽極室の上方に配置され、前記陽極室で生成されるガスを排出するための陽極排気口と、
前記陰極室に配置され、中空柱状の前記陰極を囲むように形成されている陰極導水板と、
前記陽極室に配置され、中空柱状の前記陽極を囲むように形成されている陽極導水板と、
を備え、
前記陰極及び前記陽極は、いずれも中空柱状に形成されており、
前記陰極室内の液体は、前記陰極導水板に沿って上下に回流し、
前記陽極室内の液体は、前記陽極導水板に沿って上下に回流し、
前記酸性電解水排出部から排出される酸性電解水、及び前記陽極排気口から排出されるガスは、水域に供給される、
ことを特徴とする水処理装置。 an electrolytic chamber having a cathode chamber in which a cathode is arranged and an anode chamber in which an anode is arranged;
a raw water introduction unit connected to the cathode chamber and the anode chamber, respectively, for introducing raw water into the cathode chamber and the anode chamber;
an alkaline electrolyzed water discharge unit connected to the cathode chamber for discharging alkaline electrolyzed water;
an acidic electrolyzed water discharge unit connected to the anode chamber for discharging acidic electrolyzed water;
a cathode exhaust port disposed above the cathode chamber for exhausting gas generated in the cathode chamber;
an anode exhaust port disposed above the anode chamber for exhausting gas generated in the anode chamber;
a cathode water guide plate disposed in the cathode chamber and formed to surround the hollow columnar cathode;
an anode water conducting plate disposed in the anode chamber and formed to surround the hollow columnar anode;
with
Both the cathode and the anode are formed in a hollow columnar shape.Cage,
liquid in the cathode chamber circulates up and down along the cathode water guide plate;
the liquid in the anode chamber circulates up and down along the anode water conducting plate,
The acidic electrolyzed water discharged from the acidic electrolyzed water discharge part and the gas discharged from the anode exhaust port are supplied to a water area.
A water treatment device characterized by:
前記陽極室における前記陽極の上端と前記陽極排気口との間に配置され、前記陽極排気口へ流れる気液を遮断し液体及びガスに分離させる陽極気液分離板と、
をさらに備える、ことを特徴とする請求項1に記載の水処理装置。 a cathode gas-liquid separation plate disposed between the upper end of the cathode and the cathode exhaust port in the cathode chamber, for blocking gas-liquid flowing to the cathode exhaust port and separating the gas and liquid into liquid and gas;
an anode gas-liquid separation plate disposed between the upper end of the anode and the anode exhaust port in the anode chamber for blocking gas-liquid flowing to the anode exhaust port and separating the gas and liquid into liquid and gas;
The water treatment system of claim 1 , further comprising:
前記陽極気液分離板は、前記陽極導水板の上端と前記陽極排気口との間に配置され、その鉛直投影が前記陽極導水板の鉛直投影範囲を覆うように形成されている、
ことを特徴とする請求項2に記載の水処理装置。 the cathode gas-liquid separation plate is disposed between the upper end of the cathode water guide plate and the cathode exhaust port, and is formed so that its vertical projection covers the vertical projection range of the cathode water guide plate;
The anode gas-liquid separation plate is arranged between the upper end of the anode water guide plate and the anode exhaust port, and is formed so that its vertical projection covers the vertical projection range of the anode water guide plate.
The water treatment device according to claim 2 , characterized in that:
ことを特徴とする請求項2に記載の水処理装置。 the cathodic gas-liquid separation plate and the anodic gas-liquid separation plate are separate or integrally connected to each other;
The water treatment device according to claim 2 , characterized in that:
ことを特徴とする請求項1に記載の水処理装置。 A separator is disposed between the cathode chamber and the anode chamber in the electrolysis chamber to allow ion migration between the cathode chamber and the anode chamber.
The water treatment apparatus according to claim 1 , characterized by:
ことを特徴とする請求項1に記載の水処理装置。 The raw water is a liquid containing at least one of blue-green algae, blue-green algae toxin, and blue-green algae offensive odor and tastants.
The water treatment apparatus according to claim 1 , characterized by:
前記陰極室の上部に配置され、且つ前記陰極室内のガス圧力と前記陰極室外の大気圧力の差を感知するための陰極側圧力計、及び、
前記陰極排気口に配置され、且つ、前記陰極室内のガス圧力と前記陰極室外の大気圧力の差がゼロを超える場合、前記陰極室内のガスを前記陰極室外へ吸引するための陰極側ガス吸引ポンプを備え、
前記陽極室は、
前記陽極室の上部に配置され、且つ前記陽極室内のガス圧力と前記陽極室外の大気圧力の差を感知するための陽極側圧力計、及び、
前記陽極排気口に配置され、且つ、前記陽極室内のガス圧力と前記陽極室外の大気圧力の差がゼロを超える場合、前記陽極室内のガスを前記陽極室外へ吸引するための陽極側ガス吸引ポンプを備える、
ことを特徴とする請求項2に記載の水処理装置。 The cathode chamber is
a cathode-side pressure gauge located above the cathode chamber and for sensing the difference between the gas pressure in the cathode chamber and the atmospheric pressure outside the cathode chamber; and
a cathode-side gas suction pump disposed at the cathode exhaust port and adapted to suck the gas in the cathode chamber out of the cathode chamber when the difference between the gas pressure in the cathode chamber and the atmospheric pressure outside the cathode chamber exceeds zero; with
The anode chamber is
an anode-side pressure gauge located above the anode chamber and for sensing the difference between the gas pressure in the anode chamber and the atmospheric pressure outside the anode chamber; and
an anode-side gas suction pump disposed at the anode exhaust port and adapted to suck the gas in the anode chamber out of the anode chamber when the difference between the gas pressure in the anode chamber and the atmospheric pressure outside the anode chamber exceeds zero; comprising
The water treatment device according to claim 2 , characterized in that:
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